DE2829191A1 - Einrichtung zur bildstabilisierung fuer ein stabilisiertes optisches geraet mit einem bildaufrichtenden prisma - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft stabilisierte optische Geräte und insbesondere ein stabilisiertes monokulares optisches Gerät mit einem Bildaufrichtungsprisma, das auf der optischen Achse des Objektivs und des ukulars angeordnet ist.

Stabilisierte optische Systeme sind bei monokularen optischen Geräten wie z.B. monokularen Fernrohren benutzt worden, um optische Systeme mit größerer Vergrößerung (z.B. einer Vergrößerung von mehr als 7) bei Bedingungen benutzen zu können, bei denen sonst Huskelbewegun^en und Bewegungen des Fahrzeugs die empfangenen Bilder so stören wurden, daß sie bedeutungslos werden. Typische Benutzungen sind am Lord eines Schiffes, eines

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ORIGINAL INSPECTED

Aufklärungsflugzeuges, in Landfahrzeugen und ähnlichem. Obwohl die Beschreibung sich auf "Monokulare" erstreckt, sollte verstanden werden, daß solche Systeme nicht nur in Fernrohren benutzt werden, sondern auch in Kameras und Binokularen, wie z.B. Feldstechern.

Obwohl bei einigen anfänglichen Systemen eine Stabilisierung in Bezug auf das Objektivlinsensystem stattfand, ist es seit langem bemerkt worden, daß ein stabilisiertes Element, das zwischen dem Objektiv und dem Okular wirksam ist, das am meisten zufriedenstellende Element zum Stabilisieren ist.

Eine Objektivlinse oder ein Objektivlinsensystem führt zur Erzeugung eines Bildes (Umkehrung und Seitenverkehrung des Bildes) mit dem kollimierten Licht, das von einem entfernten Objekt aufgenommen wird. Um das Bild wieder in einen geeigneten Zustand

1b zu bringen, ißt es notwendig, ein Element oder mehrere Elemente vorzusehen, die ebenfalls zu einer Umkehrung und Seitenverkehrung des Bildes führen. Dies könnte durch ein anderes Linsensystem bewirkt werden. Es gibt auch Systeme von Spiegeln und Prismen, die dies bewirken. Es wurden bei früheren Geräten verschiedene Lösuncsmöglichkeiten verwandt; bei den am meisten zufriedenstellenden Lösun^swegen wird ein optisch ausgerichtetes Bildaufrichturit isprismn verwandt, wie z.B. eines, das in einem Artikel von Lavid B. !'raser beschrieben ist, der den Titel "Design of a Low Cost, Hifh Magnification, Passively Stabilized Monocular, the

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Stedi-Eye (Konstruktion eines billigen, passiv stabilisierten Monokulare mit hoher Vergrößerung, des Stedi-Eye)" trägt und in

August
SPIE Proceedings, Band 39»/i973 erschienen ist. Ein solches Prisma ist auch in der US-PS 4 013 339 mit dem Titel "Optical Image Stabilizing System (System zum Stabilisieren eines optischen Bildes)" von Kunio Ando und anderen vom 22. Harz 1977 beschrieben. Biese beiden Druckschriften bilden einen Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung.

Bie Techniken zum Stabilisieren optischer Geräte haben sich von der kreiselstabilisierten zentralen afokalen Einrichtung- im Mark Systems Modell 1610 bis zur programmierten Stabilisierung unter Verwendung hydrostatischer Techniken gewandelt, bis zur Benutzung von Federn und Lagern zur Erzeugung von meistens abgestimmten und gedämpften Isolatoren, zu den axial orientierten Trägheitsstabilisierungssystemen, die in US-PS 4 013 339 gezeigt sind.

Obwohl die verschiedenen Techniken in einem gewissen Umfange erfolgreich sind, sind die am erfolgreichsten groß, schwerfällig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Stabilisierungsmechnismua für ein bildaufrichtendes Element, das im ausgerichteten optischen System enthalben ist, wobei der

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stabilisierte IIeehnismus in einer Entfernung vom optischen Abbildungsweg angeordnet ist, wodurch dessen Verkürzung ermöglicht wird, bei dem konventionelle gyroskopische Teile benutzt werden, die keine durchgehenden Öffnungen wie bei US-PS 4 013 339 aufweisen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einer Einrichtung zur Bildstabilisierung für ein stabilisiertes optisches Gerät mit einem bildaufrichtenden Prisma, das im Gehäuse des Gerätes auf der optischen Achse zwischen Objektiv und Okular angeordnet ist, darin, daß im Gehäuse ein Kardanring oder -rahmen drehbar so befestigt ist, daß seine ITormale in Bezug auf die optische Achse schwenkbar ist, daß das bildaufrichtende Prisma um eine die optische Achse schneidende Achse schwenkbar so am Kardanring befestigt ist, daß es um eine mit der Schwenkachse des Ilardanrings einen Winkel bildende Achse schwenkbar ist, daß ein Gyroskop, dessen Achse parallel zu der optischen Achse ist, mit dem Kardanring schwenkbar verbunden ist, daß ein sekundäres Verbindungselement schwenkbar mit dem Gyroskop und dem Prisma ver-

wobei
bunden ist,/die \ferbindungspunkte mit den Verbindun^spunkten am Kardanring ein Parallelogramm bilden, und daß der Kardanring ein äußeres Kardanelemeni und das Gyroskop und das Prisma innere Kardanelemente zum Aufrechterhalten der stabilisierten axialen Ausrichtung des bildaufrichtenden Prismas bilden.

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Erfindungsgemäß wird eine Kombination von Elementen benutzt, um ein im Vergleich zu früheren Systemen verkürztes optisches Abbildungssystem zu erhalten, wobei das Abbildungssystem ein Objektiv mit einem weiten Bildfeld, ein Pechan-Dachkantprisma, das durch einen Mechanismus stabilsiert ist, der in einer Entfernung von der optischen Achse angeordnet ist, und ein Okular mit einer Zerstreuungslinse, die vor der eigentlichen Bildebene angeordnet ist, um die Brennweite zu verkürzen, ohne das dabei der Augenabstand verkürzt wird, und mit einer Feldlinse zum Kompensieren der Bildfeldwölbung aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält ein System zum Stabilisieren eines bildaufrichtenden Prismas, das axial zwischen einem Objektiv und einem Okular angeordnet ist, wobei der stabilisierende Mechnismus selbst jedoch auf einer Achse angeordnet ist, die parallel zur optischen Achse ist. Bas Prisma ist kardanisch an einem Joch befestigt, das selbst kardanisch mit einem Gyroskop verbunden ist. Las Prisma und das Gyroskop sind so miteinander verbunden, daß das Prisma genau die gleichen Bewegungen bezüglich des Höhenwinkels oder des Azimuts wie das Gyroskop ausführt.

Das bildaufrichtende Prisma ist vorzugsweise ein Pechan-Dachkantprisma, das im konvergierenden Licht vom Objektiv und

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vor der Bildebene wirkt. Das Objektiv hat nicht nur eine verhältnismäßig lange Brennweite (z.B. das 10-fache der Brennweite des Okulars), sondern auch ein weites Bildfeld.

Das gesamte optische Abbildungssystem wird weiter durch das Okular verkürzt, die eine Zerstreuungslinse vor der Bildebene aufweist, um divergierendes Licht auf die Feldlinse dee Okulars zu schicken. Auf diese ¥eise kann der Augenabetand lang genug gehalten werden, wobei jedoch eine weitere Verkürzung der Brennweite des Okulars und eine Verkleinerung des Umfange der Bildfeldwölbung möglich ist, die bei Linsen großen Durchmessers auftritt, die bei Optiken mit weitem Bildfeld verwendet werden.

Die Erfindung- wird im folgenden beispielsweise anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 eine Seitenansicht im Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung}

Fig. 2 eine Schrägansicht zur Darstellung der Umkehrwirkung eines Pechan-Prismasj

Fig. 3 eine Schrägansicht zur Darstellung der seitenumkehren-

den Wirkung der Dachspitze auf einem Priemaj

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Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Gyroskops und damit zusammenhängender Teile der Ausführungsform von Fig. 1 j

Fig. 5 eine Endansicht im Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform; und

Fig. 6 eine schematische Ansicht der optischen Komponenten des Okulars der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist im Querschnitt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen stabilisierten Monokulare gezeigt. Das.Gehäuse des Monokulare weist viele Präzisionsteile auf, die typischerweise durch Guß- und Bearbeitungstechniken hergestellt und in Übereinstimmung mit wohlbekannten Methoden zusammengesetzt sind. Obwohl viele Teile dargestellt sind, sind nicht alle Teile identifiziert, da das Vorgehen beim Zusammensetzen dieser Teile wohlbekannt ist.

Allgemein gesprochen sind im Gehäuse 10 jedoch ein Objektivlinsensystem 12 und ein Okularlinsensystem 14 untergebracht, die beide auf einer optischen Achse 16 zentriert sind. Jedes dieser Linsensysteme ist so befestigt, daß es eich nicht seitlich von der axialen Stelle wegbewegen kann, obwohl, wie es typisch ist, das Okularlinsensystem axial verschoben werden kann, um das Bild

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genau scharf einzustellen. Das Objektiv 12 schließt eine Frontabdeckung aus Glas oder einen Filter 18 und drei optische Linsen 20, 22 und 24 ein. Wie dargestellt ist, sind die Linsen 20 und 24 Sammellinsen und die Linse 22 eine ZerstreuungBlinee. Zusammen können sie als ein "Triplet" mit guten Abbildungseigenschaften im von der Achse entfernten Dereich und mit der benötigten Brennweite bezeichnet werden, obwohl in irgendeinem vorgegebenen System die Brennweite und die Abbildungseigenschaften größer oder kleiner bzw. schlechter oder besser sein können. Die guten Abbildungseigenschaften im von der AchBe entfernten Bereich sind erforderlich, damit das Instrument jederzeit einen Blickwinkel von 6,5 scheinbarer Bewegung hat, und zwar aufgrund des Störurif.-skegels von ί 6,5 des Prismas. Das Objektivlinsensystem muß daher ein gesamtes Bildfeld mit einem Winkel von mehr als 19 erfassen.

Das iräzisionsokularlinsensystem 14 schließt sechs Linsen ein; der Zweck dieser Linsen wird weiter unten genauer beschrieben werden.

Zwischen dem Objektivlinsensystem 12 und Okularlinsensystem 14 isb auf der optischen Achse ein bildaufrichtendes Element in

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Form eines Pechan-Dachkantprismas/angeordnet. TJm die Wirkung eines Pechan-Dachkanbprismas besser zu verstehen, wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, üin Pechan-Prisma ist aus zwei Prismen-

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halften aufgebaut, die einander gegenüberstehende diagonale Oberflächen aufweisen, die Winkel von 45 mit der Eingangsfläche des Halbprismas, das dem Objekt am nächsten ist, und der Ausgangsfläche deB Halbprismas machen, das dem Bild am nächsten ist. Der Luftspalt zwischen diesen Flächen ist typischerweise 2 mm breit. Im nicht mit einem Dach versehenen Pechan-Prisma wird das Licht 5 mal reflektiert, bevor es auf derselben Achse, auf der ee in das Prisma eingetreten ist, heraustritt, nämlich von der diagonalen Oberfläche des ersten Prismas, der versilberten Außenoberfläche des ersten HaIbpriBmas, der Ausgangsfläche des ersten in das zweite HaIbprisma, der Ausgangsfläche des zweiten Halbprismas und nach oben und von der oberen schrägen Fläche zur Eingangsfläche ^ν"'θ.βΒ zweiten Halbprismas und schließlich aus der Ausgangsfläche des zweiten Halbprismas. Durch ein solclieB Pechan-Prisma ohne Dach wird das ankommende Bild umgedreht. Aus Gründen, die weiter unten deutlicher beschrieben werden, ist es jedoch auch notwendig, eine Seitenumkehrung beim Bild durchzuführen. Eb ist wohl bekannt, daß zu diesem Zweck ein Dach einem der HaIbprismen hinzugefügt werden kann, wie diee z.B. in Fig. 3 gezeigt ist, um eine sechste reflektierende Oberfläche zu erhalten und Bowohl ein Umkehren als auch ein Seitenumkehren des Bildes zu erreichen. In diesem Fall ißt die Spitze des Daches an der oberen Schrägfläche des AuBgangselementes oder zweiten HalbpriBmas angeordnet. Dieses Umkehren und Seitenumkehren iet

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als Bildaufrichtung bekannt. Bas Pechan-Dachkantprisma kann zweckmäßigerweise als ein "bildaufrichtend.es Prisma bezeichnet werden, das eine starke verkürzende Wirkung aufgrund seiner gefalteten Konfiguration hat.

Beim vorliegenden System ist das Prisma vor der Bildebene des Objektivlinsensystems angeordnet und arbeitet daher mit konvergierendem Licht. Es führt zu keiner zusätzlichen Vergrößerung oder Verkleinerung und hat keinen Einfluß auf die effektive Brennweite. Aufgrund seines Brechungsindexes hat das Prisma jedoch eine Verlängerungswirkung auf die rückwärtige Brennweite des Objektivlinsensystems.

Die Beschreibung der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion wird nun fortgesetzt. Bas Prisma 26 ist im gewissen Umfang zerbrechlich tmd daher in einer gegossenen Prismahalterung befestigt, die auch die Verbindung des Prismas für die Trägheitsstabilisierung ermöglicht. Zuerst ist ein äußerer Kardanring bzw. -rahmen 30 senkrecht zum Gehäuse 10 über Lager befestigt. Biese Lager ermöglichen es dem Eauptkardanring 30, eine Schwenkbewegung um eine Achse in Azimutrichtung durchzuführen. Bas Prisma 26 ist mit dem äußeren Kardanring 30 auf der optischen Achse an einem Punkt 34 verbunden, der in der Hitte zwischen dem Knotenpunkt des Objektivlinsensystems und dem Knotenpunkt des Okularlinsensystems angeordnet ist,,wie

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dies weiter unten deutlicher beschrieben werden wird. Durch diese Verbindung am Punkt 34 ist es dem Prisma 26 möglich, eine Drehbewegung in Bezug auf den Höhenwinkel durchzuführen. Die nominale Beweglichkeit des Prismas 26 beträgt i 6,5° von der Mitte weg sowohl in Azimut- als auch in Höhenwinkelrichtung, obwohl eine geringere oder größere Bewegungsfreiheit vorgesehen werden kann, wenn dies erwünscht ist.

Das Gyroskop 36 ist mit dem äußeren Kardanring 30 an einem Ort verbunden, der eine Entfernung von der optischen Achse 16 aufweist, und ist mit dieser Achse parallel, wobei der Verbindungspunkt 38 direkt über dem Punkt 34 liegt, so daß eine Linie vom Punkt 38 zum Punkt 34 ^ei dieser Ausführungsform senkrecht zur optischen Achse 16 stehen würde.

Ein sekundäres Verbindungselement 40 verbindet das Gyroskop oder das Hotorkardanelement 36 mit dem Gußstück, das das Priema 26 umschließt, über Drehpunkte 42 bzw. 44· Es ist dargestellt, daß der Punkt 44 in Bezug auf den Punkt 34 und. der Punkt 42 in Bezug auf den Punkt 38 axial ausgerichtet ist. Tatsächlich ist dies nicht notwendig. Es ist jedoch notwendig, daß die Punkte 42 und 44 mit den Punkten 38 und 34 ein Parallelogramm bilden. Es kann nun gesehen werden, daß, wenn sich das Gyroskop 36 um den Punkt 38 dreht, sich das Prisma 26 um einen gleichen Betrag wegen der Verbindung drehen wird, die durch

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das sekundäre Verbindungselement 40 geschaffen ist. Genauso kann sich das Gyroskop 36 nicht um den Punkt 32 drehen, ohne daß sich das Prisma 26 um denselben Betrag dreht.

In Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Gyroskops 36 mit mehr Einzelheiten gezeigt. Der Teil des Gyroskopes, der mit dem äußeren Kardanring 30 verbunden ist, ist das Motorkardanelement 36, das mit Bolzen am Motorkardangehäuse 48 verbunden und durch Lager 51 von der Drehachse 52 getrennt ist, die mit dem Anker 54 verbunden ist. Der Kommutator des Motors ist durch die Bezugsziffer 56 und die Bürstenanordnung durch die Bezugsziffer 58 bezeichnet. Die radförmige rotierende Hauptmasse 60 des Gyroskops ist im wesentlichen ein großes Schwungrad, das mit der Drehachse verbunden ist.

Mit dieser radförmigen rotierenden Hauptmasse 60 ist eine Präzessionsscheibe 62 aus Aluminium verbunden, die kugelförmig ist und eine große mittige Öffnung; hat. Bin Magnet ü4, der entweder ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein kann, weist einen Kern 66 auf, wobei die gesamte Konstruktion Schlitze hat, in die die Scheibe 62 eindringt, wenn das Gyroskop 36 geschwenkt wird.

Es ist gut bekannt, daß, wenn ein Gyroskop von der Achse wegbewe^t werden soll, es bestrebt ist, eine .Reaktionsbewegung im

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Winkel von 90 zur angelegten Kraft auszuführen. TJm dieser Reaktion entgegenzuwirken, ist es notwendig, ein besonders ausgebildetes Präzessionselement vorzusehen. Das Präzessionselement ist so ausgebildet, daß, wenn die Scheibe 62 in das Magnetfeld des Magneten 64 hineinschneidet, eine Kraft erzeugt wird, die proportional zu den Wirbelströmen ist, die in der Präzessionsscheibe gebildet werden.

Aufgrund der Gesetze der Präzession ist beim Gyroskop eine Dämpfung erforderlich, um Hutationsenergie abzuführen.

Vorbekannte Systeme, bei denen eine Verlustkupplung mit Dämpfung zwischen gyroskopischen Komponenten und einem stabilisierten Element vorgesehen sind, verkleinern solche Nutationsstörungen sehr stark, haben jedoch den ITachteil, daß sie ein verzögertes Kachfolgen oder eine Pehlausrichtung des etabilisierten Elementes bewirken. Während abtastender Beobachtungen oder ähnlichem gerät daher das Element leicht ins Schwimmen oder bewegt sich von der Achse weg. Dies wird bei der vorliegenden Konstruktion durch die Bteife Kupplung der gyroskopischen Komponenten und des stabilisierten Elementes vermieden, die durch das Verbindungselement 40 bewirkt wird. Nutationsdämpfung wird durch das Dämpfungsschwungrad 68 erreicht, das mit dem äußeren Kardanring 30 verbunden ist. Die Hauptmasse des Schwungrades ist mit Bolzen mit einem Ring eines energieabsorbierenden Vinylpolymers mit einem großen Dämpfungskoeffizienten verbunden,

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wobei die Verbindung mit Hilfe von Bolzen 70 an einer Anzahl von Stellen hergestellt ist, die speichenförmig angeordnet sind. Der Ring ist über eine Unterlegscheibe 72 und Bolzen 74 mit einer Oberfläche des Kardanrings 30 verbunden. Lager 76 erlauben Freiheit einer Hin- und Herbewegung der Masse des Schwungrades, ohne daß der Schwerpunkt geändert wird.

Auch der Arretiermechanismus kann am besten im Zusammenhang mit Fig. 4 erklärt werden. Ein Bolzen oder Stift 78, der entlang der Achse vom Gyroskop 36 vom Rahmen 80 nach außen gedrückt ist, wirkt mit der inneren Kegeloberfläche 82 eines Kolbens 84 zusammen, die über den Bolzen paßt. Die kegelförmige Fläche reduziert sich in ihrer Mitte zu einem mit dem Bolzen zusammenpassendem Loch. Ein Kipphebel 86 betätigt den Kolben, wobei die dargestellte Stellung die arretierte Stellung ist. Es sollte festgehalten werden, daß im arretierten Zustand das Gyroskop mechanisch so festgehalten wird, das seine Achse parallel zur optischen Achse ist. Die Feder 88 übt eine leicht nach innen gerichtete Torspannung auf den Kolben 84 aus. Der gesamte Arretierunfsmechanismus ist mit Bolzen 90 am Gehäuse 10 befestigt.

Hit einem Druckknopf 91 kann der Arretierungsmechnismus betätigt werden, um das Gyroskop zu entarretieren.

Ausgleichgewichte 92 sind vorgesehen und über eine Mutter auf einem mit Gewinde versehenen Bolzen 96 befestigt. Elektrische Leitungen 98 schaffen elektrische Verbindung von der gedruckten

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Schaltungskarte 100 für die Stromversorgung zum Kardanelement des Zreiselmotorsj Batterieverbindung ist durch Drähte 9Ö her-

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gestellt. Die Drähte oder Verbindung/98 gehen durch Punktkontakte 104 an einer Anzahl von Stellen hindurch, obwohl auch andere Mittel vorgesehen sein können, um elektrische Leistung zum Motor des Gyroskops gelangen zu lassen. Der Ein-Aus-Druokschalter ist durch die Bezugsziffer 1O6 bezeichnet.

Bei einer typischen Ausführungsform wird volle Arbeitsgeschwindigkeit ungefähr 25 See. nach dem Einschalten erreicht. Das Startdrehmoment beträgt ungefähr 0,0092 Fm (1,5 in.oz.). Die Einheit benötigt eine Leistung von 1,6 Watt an einem 10-ToIt-Eingang und benötigt drei 4,5 Volt Batterien.

üei dieser Ausführung forin ist die gesamte Anordnung durch verschiedene Kittel gufa abgedichtet, die gezeigt, aber nicht vollständig beschrieben sind. Ist die Anordnung-jedoch einmal abgedichtet, so wird sie über ein Keinigungsventil 100 unter Druck gesetzt.

Die Okularlinsenanordnung 14 i3t in ihrem eigenen Gehäuse 110 untergebracht, das einen Stift 112 aufweist, der innerhalb eines Schlitzes im Gußteil 115 beweglich ist, betätigt durch die Scharfeinstellung 114 für das Okular. Das Okularlinsensystem ist durch eine AugenabschirmunA 118 geschützt, an die das Auge des

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Benutzers angelegt wird. Durch, die Aug-enab schirmung 118 ist eine vollständige Abdeckung gegen die Stirn des Benutzers geschaffen, um Schutz gegen Spiegelung und Blendung aufgrund der Tatsache zu schaffen, daß sie das Auge umgibt, und um eine die
Einrichtung zu schaffen, durch/die gesamte Anordnung relativ zum Benutzer in eine feste Stellung gebracht werden kann. In Fig. 5 ist die Form des äußeren Kardanrings 30 und des sekundären ■Verbindungselementes 40 vollständiger gezeigt. Damit sich das Prisma nicht relativ zum Gyroskop bewegt, sind die Lager an den Drehpunkten um die Punkte 42 und 44 vorbelastet oder vorgespannt.

In Fig. 5 ist auch die optimale elektrische Durchführungsverbindunfc am Kontakt IO4 dargestellt.

In Fig. 6 ist schematisch die erfindungsgemäße Okularlinsenanordnung dargestellt. Bei Präzissionsokularen werden allgemein sechs oder mehr Linsen verwendet. Hit dem in Verbindung mit dem gerade beschriebenen stabilisierten optischen System dargestellten System werden jedoch einige besondere Vorteile erreicht, die bei Anordnungen gemäß dem Stand der Technik nicht zur Verfügung stehen. Diese Vorteile werden durch die Anordnung der Zerstreuungslinse 126 und der Feldlinse 128 erhalten.

Der gestrichelte Ort I30 ist der Ort für die Bildebene, die sich durch das Objektivlinsensystem ergibt und die noch durch die Brechungseigenschaften des Prismas noch ein wenig verschoben ist.

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Es ist ersichtlich, daß eine Anordnung der I'eldlinse am konventionellen Ort ohne den Vorteil der Linse 126 nicht die erwünschte Wirkung haben würde, die Bildfeldwölbung des Systems flacher zu machen, was wegen der Eigenschaften eines weiten Bildfeldes des Objektivs erforderlich ist· Dies erfordert eine ziemlich große Feldlinse. TJm eine Vergrößerung des Okularlinsensystems von der Größenordnung von 1,6-fach zu erhalten, ist darüber hinaus eine ziemlich starke Zerstreuungslinse erforderlich. Indem die Zerstreuungslinse direkt vor der ursprünglichen Bildebene (in Eichtung zum Objektivlinsensystem) angeordnet wird, werden beide Erfordernisse erfüllt. Außerdem ist der effektive Brennpunkt nicht so verkürzt, daß ein unvernünftig kurzer Augenabstand erhalten
wird, und zwar sogar dann, wenn eine weitere Vergrößerung durch die zusätzlichen Linsen des Systems bewirkt wird.

Um die Beziehung der Linsen im Okularlinsensystein besser

zu verstehen, ist das Linsensystem so aufgebaut, daß die Entfernungzwischen dem Auge des Benutzers und der letzten fläche der Linse des Okulars entlang der optischen Achse gemessen größer ist als die Brennweite des OkularB. Als Ergebnis dieser Beziehung kann ein solches Okular auch durch Personen benutzt werden, die Brillen tragen, um die Benutzung einer großen Augenabschirmung und ähnliches zu erlauben, ohne daß es notwendig ist, das Bildfeld unter diesen Bedingungen einzuengen.

Bas weitwinkelige Okularlinsensystem weist im wesentlichen vier Komponenten auf, die axial miteinander ausgerichtet sind und

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die zwischen sich Zwischenräume haben, Die erste Komponente hat eine zerstreuende Wirkung und ist vor dem reellen Bild angeordnet, das durch ein Objektiv projiziert wird, das in Zusammenhang mit dem Okular benutzt wird. Es wird also ein reelles Bild erst gebildet, nachdem die Lichtstrahlen durch die Zerstreuungslinse hindurchgegangen sind. Die zweite Komponente ist am Ort dieees reellen Bildes oder in der Kachbarschaft desselben angeordnet und hat eine Sammelwirkung für das Licht, iie dritten und vierten Komponenten haben auch Sammelwirkung auf das Licht.

Die verschiedenen Komponenten des OkularlinsensyBtems sind auf folgende Weise aufgebaut:

Die erste Kompnente besteht aus zwei Linsen, von denen eine, vorzugsweise die erste Linse, die dem Objektiv am nächeten ißt, eine Sammelwirlcun^ für Licht hat. Die erste Linse kann auch eine Meniskussammellinse umfassen, deren konkave Oberfläche zum Objektiv gerichtet ist. Die zweite Linse der ersten Komponente ist eine zweifach konkave Linse. Die erste und zweite Linse dieser ersten Komponente können zusammengeklebt sein.

Die zweite Komponente besteht aus einer einzelnen lichtsammelnden Linse, deren zum Auge gerichtete Oberfläche einen kleineren Krümmungsradius als die Oberfläche aufweist, die zum Objektiv gerichtet ist.

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Die dritte Komponente besteht aus zwei zusammengeklebten Linsen, wobei die zum Objektiv gerichtete Linse eine Zerstreuungswirkung· hat. !Diese Linse ist als lieniskuslinse aufgebaut, deren konkave Oberfläche zum Auge gerichtet isb. Die zweite Linse der dritten Komponente ist eine zweifach konvexe Linse.

Die vierte Komponente besteht aus einer einzelnen iichtsammelnden Meniskuslinse, deran konkave Oberfläche zum Auge hin gerichtet ist.

Typischerweise wird bei V/ei twinkelokularen bein JilrfLe-Jyp ein Augenabstand erreicht, der nur das ΰ,7-fache der effektiven Brennweite des Okulars erreicht. I-iib der Ausführiin.; sforrn, die im Zusammenhang: mit der Fig. G beschrieben wurde, wird jedoch. ein Augenabstand von 1o sin bei einer effektive!: . :reuawei ie von I6j5 EM· erreicht. Hierdurch wird ein Weitwinkel-üknl-ir mi- siner. Augenabstand erreicht, der um einen iakfeor 1,09 firöi'er ist als die effektive Brennweite.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Einrichtung zur Bildstabilisierun_ft für ein stabilisiertes optisches Gerät mit einem biidaufrichtendeu Prisma, das im Gehäuse des Gerätes auf der optischen Achse zwischen Objektiv und Okular angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , naß im Gehäuse (lü) ein Kardanring oder -rahmen (JO) drehbar so befestigt ist, daß seine Ilormale in üezug* auf die optische Achse (16) schwenkbar ist, daß das bildaufrichtende Prisma (26) um eine die optische Achse (16) schneidende Achse (34) schwenkbar so am Kardanring (30) befestigt ist, daß es um eine mit der Schwenkachse (32) des Kardanrings (30) einen Winkel bildende Achse schwenkbar ist, daß ein Gyroskop (36), dessen Achse parallel zu der optischen Achse (16) ist, mit dem Kardanring· (30) schwenkbar verbunden ist, daß ein sekundäres Verbindung-selement (40) schwenkbar mit dem Gyroskop (36) und deiii

   wobei
   Prisma (26) verbunden ist,/die Verbindungspunkte (42, 44) mit den Terbindungspunkten (34» 38) am Kardanring (30) ein Parallelogramm bilden, und daß der Kardanring (30) ein äußeres Kardanelement und

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   ORIGINAL INSPECTED

   das ijyrsoskop (36) und das Prisoia (2c) innere i.'ardarielemente amn Aufrechterhalten dor stabilisierten axialen Ausrichtung des üildnufrichtenden i'-rismge (26) bilden.

   2. liünrlci; turif, nach Anspruch 1 , dadurch £· e k e ti η !? zeichnet, daß die Kardanlagerung; des "iTLsmati (2ö) an einer btelle (34) angeordnet ißt, die in der l-iitte zwischen dem Knotenpunkt des Objektivs (12) und dem knotenpunkt des Gkulars (I4) angeordnet ist.

   _>. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch g e kennzeichnet, daß das bildaufrichtende Frisma (26) ein lechan-Dachkantprisma (roof techan prism) ist.

   4. Kinrichtunf. nach einem der Ansprüche 1 bis J , dadurch f.· e k e η η a e i c h η e t , daß ein PräzessionBelement vorgesehen iat, das eine Aluminiumscaeibe (b2) mir. einer* taittip/en

   ^5 üffnunf;, die an der rotierenden Hauptmasse (t-O) des Gyroskops befestigt ist, und einen Magneten (o4) aufweist, der am Gehäuse Mj) liefestiß-t und so zum Aufnehmen der Kanten der iJcheibe (62), wer'xi das Gyroskop (36) von seiner Achse weggedreht wird, mit einem Schlitz veraehen ist, daß Wirbelströme durch die Lelativbevra^un^·. zwischen bcheibe (62) und Ua^net (64) erzeugt wea^den, durch die eine Kraft zum Zentrieren des OyrcE-icops (26) ausgeübt wird.

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   1i· t>. Einrichtung naoli Ännpruch ^lj , dadurcli f e .< e ι η -

   zeichnet, daß der verschiebbare Teil (7^i ¹^-' in

   iiici-turif zum (iyroskop iederbelaatet ir?t, veun der Teil ^7^, ¹J«''j si· firiner arretierenden iDtellunf; int.

   7» Finrichtuur nacli einem der'Ansprüche 1 bia (> , dadurch

   1'„ / t i'. c- η η 2 e i c Ii η e t , daß ein JjMiupiunirBKcJiviuiii'rad ((J^-O v.irfeseliCK ist, daß mit dem lLardaniinf, (;·θ) kum Absoi'iäeren von 1 utntionnenergie verbunden ist.

   Ii. Einrichtung nach Anspruch 7 » dadurch f e k e ji η zeiclinet, daß das Dämpi"unrnschwun,.rad ein enrr^ieab- Ί'μ Morbierendets Vinylpolymer mit eincM hohem J)Umpfun; akoei f i'/irntrn aufweist, über das die Iiauptinasse (6ü) des Lichwurifjradeö und der I iirdanririf ( 3Ci) miteinander verbunden sind.

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   COPY ΐ BAD ORIGINAL

   9. Stabilisiertes optisches Gerät mit einem bildaufriehtenden Prisma, aas im Gehäuse des Gerätes auf der optischen Achse zwischen Objektiv ^ναϊ^ Okular angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Objektiv (12) und das Okular (Η) fest mit dem Gehäuse (1O) verbunden sind, daß die Eingangs- und Auegangsflächen des Prismas (26) senkrecht zur optischen Achse (16) stehen, daß daB Prisma (26) in Bezug auf den Höhenwinkel bei Bewegung des Gehäuses (1O) frei beweglich ist, und daß ein Gyroskop (36) vorgesehen ist, das außerhalb der optischen Achse (16) angeordnet und mit dem Prisma (26) so verbunden ist, daß es um einen gemeinsamen Winkel mit demselben zur Erreichung einer Trägheitsstabilisierung des Höhenwinkels drehbar ist.

   10. Gerät nach Anspruch 9 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Kardanverbindung (32) zwischen dem Gehäuse (1O) und sowohl dem Prisma (26) als auch dem Gyroskop (36) zum Erreichen einer gemeinsamen Drehbewegung um eine Achse, die senkrecht zur optischen Achse (16) steht, zur Erzielung einer Trägheits-Azimutstabilisierung vorgesehen ist.

   11. Gerät nach Anepruch 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet, daß das bildaufrichtende Prisma (26) ein Pechan-Dachkantprisma ist.

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   12. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11 » dadurch gekennzeichnet , daß durch das Objektiv (12) in Verbindung mit dem Okular (14) eine ungefähr 10-fache Vergrößerung mit einem jeweiligen Bildfeldwinkel von unge- fähr 6,5° erreicht ist.

   13· Gerät nach einem der Ansprüche 9 his 12 ,' dadurch gekennzeichnet , daß durch das bildaufrichtende Prisma (26) eine Bewegung von + 6,5 sowohl in Bezug auf den Höhenwinkel als auch in Bezug auf den Azimut ausführbar ist.

   14. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , dadurch gekennzeichnet , daß das Objektiv (12) drei Linsen (20, 22, 24) zur Beseitigung der Bildfeldwölbung bei Winkeln von mehr als 9 von der Achse zum Erreichen eines Gesamtbildfeldes von 19,5° aufweist.

   15· Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , daß die Gyroskopachse parallel zur optischen Achse (16) ist und daß das Objektiv (12) drei Linsen (20, 22, 24) zur Beseitigung der Bildfeldwölbung bei Winkeln von mehr als 9 Abweichung von der Achse aufweist und daß gleichzeitig ein Okular (14) mib sechs Elementen vorgesehen ist, so daß eine ungefähr 10-fache Vergrößerung mit einem Bildfeld von 6,5° erreichb ist.

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   16. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 15 , dadurch
   gekennzeichnet , daß durch das Okular (I4) ein
   Verhältnis des AugenabStandes zur Brennweite von ungefähr 1,09 erreicht wird, so daß eine optische Scheitelentfernung von ungefähr 24cm (9»5 Zoll) vom vorderen Bcheitel zur Pupillenebene am Ausgang erreicht wird.

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